Apa yang dimaksud dengan duplikasi DNA. Tes biologi "Sel - unit genetik makhluk hidup

Kromosom terdiri dari:

RNA dan protein

DNA dan RNA

DNA dan protein

Kromosom terdiri dari DNA dan protein. Kompleks protein yang terkait dengan DNA membentuk kromatin. Tupai bermain peran penting dalam pengemasan molekul DNA di dalam nukleus. Sebelum pembelahan sel, DNA dipelintir dengan erat, membentuk kromosom, dan protein inti - histon - diperlukan untuk pelipatan DNA yang benar, akibatnya volumenya berkurang berkali-kali lipat. Setiap kromosom terdiri dari satu molekul DNA.

Proses perkembangbiakan adalah...

kedua jawaban benar

Reproduksi - salah satu sifat yang paling penting dari organisme hidup. reproduksi, atau reproduksi diri dari jenisnya sendiri, properti dari semua organisme hidup yang menjamin kelangsungan dan kelangsungan hidup. Semua makhluk hidup tanpa kecuali mampu bereproduksi. Metode reproduksi pada organisme yang berbeda bisa sangat berbeda satu sama lain, tetapi pembelahan sel adalah dasar dari semua jenis reproduksi. Pembelahan sel terjadi tidak hanya selama reproduksi organisme, seperti yang terjadi pada makhluk uniseluler - bakteri dan protozoa. Perkembangan organisme multiseluler dari satu sel tunggal mencakup miliaran pembelahan sel. Selain itu, umur organisme multiseluler melebihi umur sebagian besar sel penyusunnya. Oleh karena itu, hampir semua sel makhluk multiseluler harus membelah diri untuk menggantikan sel yang sekarat. Pembelahan sel intensif diperlukan jika terjadi cedera pada tubuh, bila perlu untuk memulihkan organ dan jaringan yang rusak.

Jika zigot manusia mengandung 46 kromosom, berapa banyak kromosom yang ada dalam sel telur manusia?

Kromosom manusia mengandung gen (46 unit), membentuk 23 pasang. Sepasang dari himpunan ini menentukan jenis kelamin seseorang. Himpunan kromosom seorang wanita mengandung dua kromosom X, pria - satu X dan satu Y. Semua sel lain dari tubuh manusia mengandung dua kali lebih banyak sperma dan telur.

Berapa banyak untai DNA yang dimiliki kromosom ganda.

satu

dua

empat

Selama replikasi (penggandaan), bagian dari molekul DNA "induk" dipilin menjadi dua untai dengan bantuan enzim khusus. Selanjutnya, nukleotida komplementer disesuaikan untuk setiap nukleotida dari untai DNA yang rusak. Dengan demikian, mereka membentuk dua molekul DNA untai ganda, (4 untai), yang masing-masing mencakup satu rantai molekul "induk" dan satu rantai ("anak") yang baru disintesis. Kedua molekul DNA ini benar-benar identik.

Makna biologis penggandaan kromosom pada interfase mitosis.

kromosom yang diduplikasi lebih terlihat

dalam mengubah informasi keturunan

sebagai akibat dari duplikasi kromosom, informasi herediter dari sel-sel baru tetap tidak berubah

Arti biologis dari penggandaan kromosom adalah untuk mentransfer informasi turun-temurun ke generasi berikutnya. Fungsi ini dilakukan karena kemampuan DNA untuk menggandakan (reduplikasi). Ada makna biologis yang mendalam dalam ketepatan proses reduplikasi: pelanggaran penyalinan akan menyebabkan sel mendistorsi informasi keturunan dan, sebagai akibatnya, mengganggu fungsi sel anak dan seluruh organisme secara keseluruhan. Jika duplikasi DNA tidak terjadi, maka dengan setiap pembelahan sel.

Jumlah kromosom akan dibagi dua dan segera tidak akan ada kromosom yang tersisa di setiap sel. Namun, kita tahu bahwa di semua sel tubuh organisme multiseluler jumlah kromosom sama dan tidak berubah dari generasi ke generasi. Keteguhan ini dicapai melalui pembelahan sel mitosis.

Pada fase mitosis ini, kromatid bergerak ke kutub sel.

profase

anafase

telofase

PADA anafase(4) kromatid saudara dipisahkan di bawah aksi gelendong: pertama di daerah sentromer, dan kemudian di sepanjang panjangnya. Sejak saat itu, mereka menjadi kromosom independen. Benang spindel meregangkannya ke kutub yang berbeda. Jadi, karena identitas kromatid anak, kedua kutub sel memiliki materi genetik yang sama: sama seperti di dalam sel sebelum permulaan mitosis.

Tugas utama mitosis.

Penumpukan DNA

menyediakan sel-sel baru dengan satu set lengkap kromosom

memberikan sel baru dengan informasi tambahan

Metode pembelahan di mana masing-masing sel anak menerima salinan yang tepat dari materi genetik sel induk disebut mitosis. Tugas utamanya adalah memastikan kedua sel itu sama set lengkap kromosom.

Penggulungan DNA terjadi di inti fase mitosis ini.

profase

metafase

sitokinesis

Pada intinya, di panggung profase(2), terjadi spiralisasi DNA. nukleolus menghilang. Sentriol bergerak menuju kutub sel. Mikrotubulus yang memanjang darinya mulai membentuk gelendong fisi. Selubung nuklir dihancurkan.

Berapa banyak kromatid yang dimiliki setiap kromosom sebelum digandakan?

Setiap kromosom, sebelum duplikasi, memiliki satu kromatid. Selama interfase, kromosom membelah menjadi dua kromatid.

Pembelahan sel langsung, atau...

amitosis

mitosis

meiosis

pembelahan sel langsung, atau amitosis, relatif jarang. Dengan amitosis, nukleus mulai membelah tanpa perubahan awal yang terlihat. Dalam hal ini, distribusi DNA yang seragam antara dua sel anak tidak dapat dipastikan, karena DNA tidak berputar selama amitosis dan kromosom tidak terbentuk. Kadang-kadang sitokinesis tidak terjadi selama amitosis. Dalam hal ini, sel binuklir terbentuk. Jika pembelahan sitoplasma memang terjadi, maka kemungkinan kedua sel anak akan rusak. Amitosis sering ditemukan pada jaringan yang sekarat, juga pada sel tumor.

Proses yang terjadi pada interfase mitosis.

sintesis protein, pertumbuhan sel

duplikasi kromosom

kedua jawaban benar

Interfase - periode antara dua divisi (1). Selama periode ini, sel bersiap untuk pembelahan. ganda jumlah DNA dalam kromosom. Menggandakan jumlah organel lain protein disintesis, dan yang paling aktif dari mereka, yang membentuk poros fisi, terjadi pertumbuhan sel.

Proses yang didasarkan pada mitosis.

pertumbuhan; penghancuran zigot; regenerasi jaringan

persilangan kromosom, pembentukan gamet

kedua jawaban benar

Aktivitas sel dimanifestasikan dalam perubahan ukurannya. Semua sel mampu pertumbuhan. Namun, pertumbuhan mereka terbatas pada batas-batas tertentu. Beberapa sel, seperti telur, karena akumulasi kuning telur di dalamnya, dapat mencapai ukuran yang sangat besar. Biasanya, pertumbuhan sel disertai dengan peningkatan volume sitoplasma yang dominan, sedangkan ukuran nukleus berubah pada tingkat yang lebih rendah. pembelahan sel mendasari pertumbuhan, perkembangan, regenerasi jaringan dan organisme multiseluler yaitu mitosis. Mitosis mendasari proses penyembuhan luka dan reproduksi aseksual.

Di sebelah kanan adalah heliks DNA manusia terbesar yang dibangun dari orang-orang di pantai di Varna (Bulgaria), yang dimasukkan dalam Guinness Book of Records pada 23 April 2016

Asam deoksiribonukleat. Informasi Umum

DNA (asam deoksiribonukleat) adalah semacam cetak biru kehidupan, kode kompleks yang berisi data tentang informasi keturunan. Makromolekul kompleks ini mampu menyimpan dan mentransmisikan informasi genetik turun-temurun dari generasi ke generasi. DNA menentukan sifat-sifat organisme hidup seperti hereditas dan variabilitas. Informasi yang dikodekan di dalamnya menentukan seluruh program pengembangan organisme hidup apa pun. Faktor-faktor yang tertanam secara genetik telah menentukan seluruh perjalanan hidup baik seseorang maupun organisme lainnya. Pengaruh buatan atau alami lingkungan luar hanya mampu gelar tidak berarti mempengaruhi keseluruhan keparahan sifat genetik individu atau mempengaruhi perkembangan proses terprogram.

Asam deoksiribonukleat(DNA) adalah makromolekul (salah satu dari tiga yang utama, dua lainnya adalah RNA dan protein), yang menyediakan penyimpanan, transmisi dari generasi ke generasi dan implementasi program genetik untuk pengembangan dan fungsi organisme hidup. DNA berisi informasi tentang struktur berbagai jenis RNA dan protein.

Dalam sel eukariotik (hewan, tumbuhan, dan jamur), DNA ditemukan dalam inti sel sebagai bagian dari kromosom, serta di beberapa organel sel (mitokondria dan plastida). Dalam sel organisme prokariotik (bakteri dan archaea), molekul DNA melingkar atau linier, yang disebut nukleoid, melekat dari dalam ke membran sel. Mereka dan eukariota yang lebih rendah (misalnya, ragi) juga memiliki otonom kecil, sebagian besar molekul DNA melingkar yang disebut plasmid.

Dari sudut pandang kimia, DNA adalah molekul polimer panjang yang terdiri dari blok berulang - nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari basa nitrogen, gula (deoksiribosa), dan gugus fosfat. Ikatan antara nukleotida dalam rantai dibentuk oleh deoksiribosa ( Dengan) dan fosfat ( F) kelompok (ikatan fosfodiester).

Beras. 2. Nuklertida terdiri dari basa nitrogen, gula (deoksiribosa) dan gugus fosfat

Dalam sebagian besar kasus (kecuali untuk beberapa virus yang mengandung DNA untai tunggal), makromolekul DNA terdiri dari dua rantai yang diorientasikan oleh basa nitrogen satu sama lain. Molekul untai ganda ini dipelintir dalam heliks.

Ada empat jenis basa nitrogen yang ditemukan dalam DNA (adenin, guanin, timin, dan sitosin). Basa nitrogen dari salah satu rantai dihubungkan ke basa nitrogen dari rantai lain dengan ikatan hidrogen sesuai dengan prinsip komplementaritas: adenin hanya bergabung dengan timin ( PADA), guanin - hanya dengan sitosin ( G-C). Pasangan-pasangan inilah yang membentuk "anak tangga" dari "tangga" heliks DNA (lihat: Gambar 2, 3 dan 4).

Beras. 2. Basa nitrogen

Urutan nukleotida memungkinkan Anda untuk "mengkodekan" informasi tentang berbagai jenis RNA, yang terpenting adalah informasi atau template (mRNA), ribosom (rRNA) dan transport (tRNA). Semua jenis RNA ini disintesis pada template DNA dengan menyalin urutan DNA ke dalam urutan RNA yang disintesis selama transkripsi dan mengambil bagian dalam biosintesis protein (proses translasi). Selain urutan pengkodean, DNA sel mengandung urutan yang melakukan fungsi regulasi dan struktural.

Beras. 3. Replikasi DNA

Lokasi kombinasi dasar senyawa kimia DNA dan rasio kuantitatif antara kombinasi ini memberikan pengkodean informasi herediter.

Pendidikan DNA baru (replikasi)

1. Proses replikasi: pelepasan heliks ganda DNA - sintesis untai komplementer oleh DNA polimerase - pembentukan dua molekul DNA dari satu.
2. Heliks ganda "membuka ritsleting" menjadi dua cabang ketika enzim memutuskan ikatan antara pasangan basa senyawa kimia.
3. Setiap cabang adalah elemen DNA baru. Pasangan basa baru terhubung dalam urutan yang sama seperti di cabang induk.

Setelah duplikasi selesai, dua heliks independen terbentuk, dibuat dari senyawa kimia DNA induk dan memiliki kode genetik yang sama dengannya. Dengan cara ini, DNA mampu merobek informasi dari sel ke sel.

Informasi lebih detail:

STRUKTUR ASAM NUKLAT

Beras. 4 . Basa nitrogen: adenin, guanin, sitosin, timin

Asam deoksiribonukleat(DNA) mengacu pada asam nukleat. Asam nukleat adalah kelas biopolimer tidak beraturan yang monomernya adalah nukleotida.

NUKLEOTIDA terdiri dari basa nitrogen, terhubung ke karbohidrat lima karbon (pentosa) - deoksiribosa(dalam kasus DNA) atau ribosa(dalam kasus RNA), yang bergabung dengan residu asam fosfat (H 2 PO 3 -).

Basa nitrogen Ada dua jenis: basa pirimidin - urasil (hanya dalam RNA), sitosin dan timin, basa purin - adenin dan guanin.

Beras. Gambar 5. Struktur nukleotida (kiri), lokasi nukleotida dalam DNA (bawah) dan jenis basa nitrogen (kanan): pirimidin dan purin

Atom karbon dalam molekul pentosa diberi nomor dari 1 sampai 5. Fosfat bergabung dengan atom karbon ketiga dan kelima. Ini adalah bagaimana asam nukleat dihubungkan bersama untuk membentuk rantai asam nukleat. Dengan demikian, kita dapat mengisolasi ujung 3' dan 5' dari untai DNA:

Beras. 6. Isolasi ujung 3' dan 5' untai DNA

Dua untai bentuk DNA heliks ganda. Rantai ini dalam spiral berorientasi pada arah yang berlawanan. Dalam untaian DNA yang berbeda, basa nitrogen dihubungkan satu sama lain melalui ikatan hidrogen. Adenin selalu bergabung dengan timin, dan sitosin selalu bergabung dengan guanin. Itu disebut aturan komplementaritas.

Aturan komplementaritas:

A-T G-C

Misalnya, jika kita diberi untai DNA yang memiliki urutan

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

maka rantai kedua akan saling melengkapi dan diarahkan ke arah yang berlawanan - dari ujung 5' ke ujung 3':

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

Beras. 7. Arah rantai molekul DNA dan hubungan basa nitrogen menggunakan ikatan hidrogen

REPLIKASI DNA

replikasi DNA adalah proses penggandaan molekul DNA dengan sintesis template. Dalam kebanyakan kasus replikasi DNA alamiprimeruntuk sintesis DNA adalah cuplikan singkat (dibuat lagi). Primer ribonukleotida semacam itu dibuat oleh enzim primase (DNA primase pada prokariota, DNA polimerase pada eukariota), dan kemudian digantikan oleh deoxyribonucleotide polymerase, yang biasanya melakukan fungsi perbaikan (memperbaiki kerusakan kimiawi dan kerusakan pada molekul DNA).

Replikasi terjadi secara semi-konservatif. Ini berarti bahwa heliks ganda DNA terlepas dan rantai baru diselesaikan pada setiap rantainya sesuai dengan prinsip saling melengkapi. Molekul DNA anak dengan demikian mengandung satu untai dari molekul induk dan satu baru disintesis. Replikasi terjadi dalam arah 3' sampai 5' dari untai induk.

Beras. 8. Replikasi (penggandaan) molekul DNA

sintesis DNA- ini bukan proses yang rumit seperti yang terlihat pada pandangan pertama. Jika Anda memikirkannya, maka pertama-tama Anda perlu mencari tahu apa itu sintesis. Ini adalah proses menyatukan sesuatu. Pembentukan molekul DNA baru terjadi dalam beberapa tahap:

1) DNA topoisomerase, yang terletak di depan garpu replikasi, memotong DNA untuk memfasilitasi pelepasan dan pelepasannya.
2) DNA helikase, mengikuti topoisomerase, mempengaruhi proses "melepas" heliks DNA.
3) Protein pengikat DNA melakukan pengikatan untaian DNA, dan juga melakukan stabilisasi, mencegahnya saling menempel.
4) DNA polimerase(delta) , dikoordinasikan dengan kecepatan gerakan garpu replikasi, melakukan sintesisterkemukarantai anak perusahaan DNA dalam arah 5" → 3" pada matriks keibuan untaian DNA dalam arah dari ujung 3" ke ujung 5" (kecepatan hingga 100 pasangan basa per detik). Acara ini tentang ini keibuan untai DNA terbatas.

Beras. 9. Representasi skematis dari proses replikasi DNA: (1) Lagging strand (lag strand), (2) Leading strand (untai terdepan), (3) DNA polimerase (Polα), (4) DNA ligase, (5) RNA -primer, (6) Primase, (7) Fragmen Okazaki, (8) DNA polimerase (Polδ ), (9) Helicase, (10) Protein pengikat DNA untai tunggal, (11) Topoisomerase.

Sintesis untai DNA anak yang tertinggal dijelaskan di bawah (lihat di bawah). skema garpu replikasi dan fungsi enzim replikasi)

Untuk informasi lebih lanjut tentang replikasi DNA, lihat

5) Segera setelah pelepasan dan stabilisasi untai lain dari molekul induk, ia bergabungDNA polimerase(alfa)dan ke arah 5 "→3" mensintesis primer (primer RNA) - urutan RNA pada templat DNA dengan panjang 10 hingga 200 nukleotida. Setelah itu, enzimdikeluarkan dari untai DNA.

Alih-alih DNA polimeraseα melekat pada ujung 3 "dari primer DNA polimeraseε .

6) DNA polimeraseε (epsilon) seolah-olah terus memperpanjang primer, tetapi sebagai substrat yang disematkandeoksiribonukleotida(dalam jumlah 150-200 nukleotida). Akibatnya, benang padat terbentuk dari dua bagian -RNA(yaitu primer) dan DNA. DNA polimerasebekerja sampai menemukan primer sebelumnyafragmen Okazaki(disintesis sedikit lebih awal). Enzim ini kemudian dikeluarkan dari rantai.

7) DNA polimerase(beta) menggantikanDNA polimerase ,bergerak ke arah yang sama (5" → 3") dan menghilangkan ribonukleotida primer sambil memasukkan deoksiribonukleotida di tempatnya. Enzim bekerja sampai penghapusan lengkap primer, yaitu. sampai deoksiribonukleotida (bahkan lebih disintesis sebelumnya)DNA polimerase). Enzim tidak mampu menghubungkan hasil kerjanya dengan DNA di depannya, sehingga meninggalkan rantai.

Akibatnya, sebuah fragmen DNA anak "terletak" pada matriks utas induk. Itu disebutfragmen Okazaki.

8) DNA ligase mengikat dua yang berdekatan pecahan Okazaki , yaitu 5 "-ujung segmen, disintesisDNA polimerase ,dan ujung rantai 3" built-inDNA polimeraseβ .

STRUKTUR RNA

Asam ribonukleat(RNA) adalah salah satu dari tiga makromolekul utama (dua lainnya adalah DNA dan protein) yang ditemukan dalam sel semua organisme hidup.

Sama seperti DNA, RNA terdiri dari rantai panjang di mana setiap tautan disebut nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari basa nitrogen, gula ribosa, dan gugus fosfat. Namun, tidak seperti DNA, RNA biasanya memiliki satu daripada dua untai. Pentosa dalam RNA diwakili oleh ribosa, bukan deoksiribosa (ribosa memiliki gugus hidroksil tambahan pada atom karbohidrat kedua). Akhirnya, DNA berbeda dari RNA dalam komposisi basa nitrogen: bukannya timin ( T) urasil terdapat pada RNA ( kamu) , yang juga komplementer dengan adenin.

Urutan nukleotida memungkinkan RNA untuk mengkodekan informasi genetik. Semua organisme seluler menggunakan RNA (mRNA) untuk memprogram sintesis protein.

RNA seluler terbentuk dalam proses yang disebut transkripsi , yaitu, sintesis RNA pada templat DNA, yang dilakukan oleh enzim khusus - RNA polimerase.

Messenger RNA (mRNA) kemudian mengambil bagian dalam proses yang disebut siaran, itu. sintesis protein pada template mRNA dengan partisipasi ribosom. RNA lain mengalami modifikasi kimia setelah transkripsi, dan setelah pembentukan struktur sekunder dan tersier, mereka melakukan fungsi yang bergantung pada jenis RNA.

Beras. 10. Perbedaan antara DNA dan RNA dalam hal basa nitrogen: bukannya timin (T), RNA mengandung urasil (U), yang juga melengkapi adenin.

TRANSKRIPSI

Ini adalah proses sintesis RNA pada template DNA. DNA terurai di salah satu situs. Salah satu rantai berisi informasi yang perlu disalin ke molekul RNA - rantai ini disebut pengkodean. Untai kedua DNA, yang melengkapi untai pengkode, disebut untai cetakan. Dalam proses transkripsi pada rantai template dalam arah 3'-5' (sepanjang rantai DNA), rantai RNA yang melengkapinya disintesis. Dengan demikian, salinan RNA dari untai pengkodean dibuat.

Beras. 11. Representasi skematis dari transkripsi

Misalnya, jika kita diberi urutan untai pengkodean

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

kemudian, menurut aturan komplementaritas, rantai matriks akan membawa urutan

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

dan RNA yang disintesis darinya adalah urutan

SIARAN

Pertimbangkan mekanismenya sintesis protein pada matriks RNA, serta kode genetik dan sifat-sifatnya. Juga, untuk kejelasan, pada tautan di bawah, kami sarankan menonton video singkat tentang proses transkripsi dan translasi yang terjadi di sel hidup:

Beras. 12. Proses sintesis protein: kode DNA untuk RNA, kode RNA untuk protein

KODE GENETIK

Kode genetik- metode pengkodean urutan asam amino protein menggunakan urutan nukleotida. Setiap asam amino dikodekan oleh urutan tiga nukleotida - kodon atau triplet.

Kode genetik umum untuk sebagian besar pro dan eukariota. Tabel mencantumkan semua 64 kodon dan mencantumkan asam amino yang sesuai. Urutan dasar adalah dari ujung 5" sampai 3" dari mRNA.

Tabel 1. Kode genetik standar

1 dasar nie	pangkalan ke-2								3 dasar nie
	kamu		C		A		G
kamu	U U U	(P/P)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tir/T)	U G U	(Cys/C)	kamu
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Leu/L)	U C A		U A A	Hentikan kodon**	U G A	Hentikan kodon**	A
	U U G		U C G		U A G	Hentikan kodon**	U G G	(Trp/B)	G
C	C U U		C C U	(Menopang)	C A U	(Dia/H)	C G U	(Arg/K)	kamu
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln/Q)	CGA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Il/I)	A C U	(Thr/T)	A A U	(Asn/T)	A G U	(Ser/S)	kamu
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys/K)	A G A		A
	A U G	(Bertemu/M)	A C G		A A G		A G G		G
G	G U U	(Val/V)	G C U	(Ala/A)	G A U	(Asp/H)	G G U	(Gly/G)	kamu
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Lem)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Di antara kembar tiga, ada 4 urutan khusus yang bertindak sebagai "tanda baca":

• *Tiga serangkai Agustus, juga mengkodekan metionin, disebut mulai kodon. Kodon ini memulai sintesis molekul protein. Jadi, selama sintesis protein, asam amino pertama dalam urutan akan selalu metionin.

• **Kembar tiga UAA, UAG dan UGA ditelepon hentikan kodon dan tidak mengkode asam amino apa pun. Pada urutan ini, sintesis protein berhenti.

Sifat kode genetik

1. Tripletitas. Setiap asam amino dikodekan oleh urutan tiga nukleotida - triplet atau kodon.

2. Kontinuitas. Tidak ada nukleotida tambahan antara triplet, informasi dibaca terus menerus.

3. Tidak tumpang tindih. Satu nukleotida tidak dapat menjadi bagian dari dua kembar tiga sekaligus.

4. Keunikan. Satu kodon dapat mengkode hanya satu asam amino.

5. Degenerasi. Satu asam amino dapat dikodekan oleh beberapa kodon yang berbeda.

6. Keserbagunaan. Kode genetik adalah sama untuk semua organisme hidup.

Contoh. Kami diberi urutan untai pengkodean:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Rantai matriks akan memiliki urutan:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Sekarang kita “mensintesis” RNA informasional dari rantai ini:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Sintesis protein berjalan ke arah 5' → 3', oleh karena itu, kita perlu membalik urutannya untuk "membaca" kode genetik:

5’- AUUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Sekarang temukan kodon awal AUG:

5’- AU AGUSTUS CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Bagilah barisan menjadi triplet:

terdengar seperti ini: informasi dari DNA ditransfer ke RNA (transkripsi), dari RNA ke protein (translasi). DNA juga dapat diduplikasi dengan replikasi, dan proses transkripsi terbalik juga dimungkinkan, ketika DNA disintesis dari cetakan RNA, tetapi proses seperti itu terutama merupakan karakteristik virus.

Beras. 13. Dogma sentral biologi molekuler

GENOM: GEN DAN KROMOSOM

(konsep umum)

Genom - totalitas semua gen suatu organisme; set kromosom lengkapnya.

Istilah "genom" diusulkan oleh G. Winkler pada tahun 1920 untuk menggambarkan totalitas gen yang terkandung dalam set haploid kromosom organisme dari spesies biologis yang sama. Arti asli dari istilah ini menunjukkan bahwa konsep genom, berbeda dengan genotipe, adalah karakteristik genetik spesies secara keseluruhan, dan bukan individu. Dengan perkembangan genetika molekuler, arti istilah ini telah berubah. Diketahui bahwa DNA, yang merupakan pembawa informasi genetik di sebagian besar organisme dan, oleh karena itu, membentuk dasar genom, tidak hanya mencakup gen dalam pengertian kata modern. Sebagian besar DNA sel eukariotik diwakili oleh urutan nukleotida non-coding ("redundan") yang tidak mengandung informasi tentang protein dan asam nukleat. Dengan demikian, bagian utama genom organisme apa pun adalah seluruh DNA dari set kromosom haploidnya.

Gen adalah segmen molekul DNA yang mengkode polipeptida dan molekul RNA.

Selama abad terakhir, pemahaman kita tentang gen telah berubah secara signifikan. Sebelumnya, genom adalah wilayah kromosom yang mengkode atau menentukan satu sifat atau fenotipik(terlihat) properti, seperti warna mata.

Pada tahun 1940, George Beadle dan Edward Tatham mengusulkan definisi molekuler dari gen. Para ilmuwan memproses spora jamur Neurospora crassa Sinar-X dan agen lain yang menyebabkan perubahan urutan DNA ( mutasi), dan menemukan strain mutan jamur yang kehilangan beberapa enzim spesifik, yang dalam beberapa kasus menyebabkan gangguan pada seluruh jalur metabolisme. Beadle dan Tatham sampai pada kesimpulan bahwa gen adalah bagian dari materi genetik yang mendefinisikan atau mengkode enzim tunggal. Beginilah hipotesisnya "satu gen, satu enzim". Konsep ini kemudian diperluas ke definisi "satu gen - satu polipeptida", karena banyak gen mengkode protein yang bukan enzim, dan polipeptida dapat menjadi subunit kompleks protein kompleks.

pada gambar. 14 menunjukkan diagram bagaimana triplet nukleotida dalam DNA menentukan polipeptida, urutan asam amino protein, yang dimediasi oleh mRNA. Salah satu untai DNA berperan sebagai cetakan untuk sintesis mRNA, triplet nukleotida (kodon) yang komplementer dengan triplet DNA. Pada beberapa bakteri dan banyak eukariota, urutan pengkodean diinterupsi oleh daerah non-coding (disebut intron).

Definisi biokimia modern dari sebuah gen bahkan lebih spesifik. Gen adalah semua bagian DNA yang mengkodekan urutan utama produk akhir, yang meliputi polipeptida atau RNA yang memiliki fungsi struktural atau katalitik.

Seiring dengan gen, DNA juga mengandung urutan lain yang melakukan fungsi regulasi eksklusif. Urutan peraturan dapat menandai awal atau akhir gen, mempengaruhi transkripsi, atau menunjukkan tempat inisiasi replikasi atau rekombinasi. Beberapa gen dapat diekspresikan dengan cara yang berbeda, dengan potongan DNA yang sama berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan produk yang berbeda.

Kita bisa menghitung secara kasar ukuran gen minimum mengkode protein perantara. Setiap asam amino dalam rantai polipeptida dikodekan oleh urutan tiga nukleotida; urutan triplet ini (kodon) sesuai dengan rantai asam amino dalam polipeptida yang dikodekan oleh gen yang diberikan. Rantai polipeptida dari 350 residu asam amino (rantai panjang sedang) sesuai dengan urutan 1050 bp. ( bp). Namun, banyak gen eukariotik dan beberapa gen prokariotik diinterupsi oleh segmen DNA yang tidak membawa informasi tentang protein, dan karena itu ternyata lebih panjang daripada yang ditunjukkan oleh perhitungan sederhana.

Berapa banyak gen pada satu kromosom?

Beras. 15. Tampilan kromosom pada sel prokariotik (kiri) dan eukariotik. Histon adalah kelas luas protein nuklir yang melakukan dua fungsi utama: mereka terlibat dalam pengemasan untaian DNA dalam nukleus dan dalam regulasi epigenetik proses nuklir seperti transkripsi, replikasi, dan perbaikan.

Seperti yang Anda ketahui, sel bakteri memiliki kromosom dalam bentuk untai DNA, dikemas ke dalam struktur kompak - nukleoid. kromosom prokariotik Escherichia coli, yang genomnya sepenuhnya didekodekan, adalah molekul DNA melingkar (sebenarnya, ini bukan lingkaran biasa, melainkan lingkaran tanpa awal dan akhir), terdiri dari 4.639.675 bp. Urutan ini mengandung sekitar 4300 gen protein dan 157 gen lain untuk molekul RNA yang stabil. PADA gen manusia sekitar 3,1 miliar pasangan basa yang sesuai dengan hampir 29.000 gen yang terletak pada 24 kromosom yang berbeda.

Prokariota (Bakteri).

Bakteri E. coli memiliki satu molekul DNA sirkular untai ganda. Ini terdiri dari 4.639.675 b.p. dan mencapai panjang sekitar 1,7 mm, yang melebihi panjang sel itu sendiri E. coli sekitar 850 kali. Selain kromosom sirkular besar sebagai bagian dari nukleoid, banyak bakteri mengandung satu atau lebih molekul DNA sirkular kecil yang terletak bebas di sitosol. Unsur ekstrakromosom ini disebut plasmid(Gbr. 16).

Kebanyakan plasmid hanya terdiri dari beberapa ribu pasangan basa, beberapa mengandung lebih dari 10.000 bp. Mereka membawa informasi genetik dan bereplikasi untuk membentuk plasmid anak, yang memasuki sel anak selama pembelahan sel induk. Plasmid ditemukan tidak hanya pada bakteri, tetapi juga pada ragi dan jamur lainnya. Dalam banyak kasus, plasmid tidak memberikan keuntungan bagi sel inang dan satu-satunya tugas mereka adalah bereproduksi secara mandiri. Namun, beberapa plasmid membawa gen yang berguna bagi inang. Misalnya, gen yang terkandung dalam plasmid dapat memberikan resistensi terhadap agen antibakteri dalam sel bakteri. Plasmid yang membawa gen -laktamase memberikan resistensi terhadap antibiotik -laktam seperti penisilin dan amoksisilin. Plasmid dapat berpindah dari sel resisten antibiotik ke sel lain dari spesies bakteri yang sama atau berbeda, menyebabkan sel tersebut juga menjadi resisten. Penggunaan antibiotik secara intensif merupakan faktor selektif yang kuat yang mendorong penyebaran plasmid yang mengkode resistensi antibiotik (serta transposon yang mengkode gen serupa) di antara bakteri patogen, dan menyebabkan munculnya strain bakteri yang resisten terhadap beberapa antibiotik. Dokter mulai memahami bahaya penggunaan antibiotik secara luas dan meresepkannya hanya jika benar-benar diperlukan. Untuk alasan yang sama, penggunaan antibiotik secara luas untuk pengobatan hewan ternak terbatas.

Lihat juga: Ravin N.V., Shestakov S.V. Genom prokariota // Jurnal Genetika dan Pemuliaan Vavilov, 2013. V. 17. No. 4/2. hal.972-984.

Eukariota.

Tabel 2. DNA, gen dan kromosom beberapa organisme

	DNA bersama, b.s.	Jumlah kromosom*	Perkiraan jumlah gen
Escherichia coli(bakteri)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(ragi)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(nematoda)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(tanaman)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(lalat buah)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(Nasi)	480 000 000		57 000
otot otot(mouse)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(Manusia)	3 070 128 600		29 000

Catatan. Informasi terus diperbarui; Untuk informasi lebih terkini, lihat situs web proyek genomik individu.

* Untuk semua eukariota, kecuali ragi, set kromosom diploid diberikan. diploid kit kromosom (dari diploos Yunani - ganda dan eidos - lihat) - satu set kromosom ganda (2n), yang masing-masing memiliki satu homolog.
**Set haploid. Strain ragi liar biasanya memiliki delapan (oktaploid) atau lebih set kromosom ini.
***Untuk wanita dengan dua kromosom X. Laki-laki memiliki kromosom X, tetapi tidak memiliki Y, yaitu hanya 11 kromosom.

Sel ragi, salah satu eukariota terkecil, memiliki DNA 2,6 kali lebih banyak daripada sel E. coli(Meja 2). sel lalat buah Drosophila, objek klasik penelitian genetik, mengandung 35 kali lebih banyak DNA, dan sel manusia mengandung sekitar 700 kali lebih banyak DNA daripada sel E.coli. Banyak tanaman dan amfibi mengandung lebih banyak DNA. Materi genetik sel eukariotik diatur dalam bentuk kromosom. Set kromosom diploid (2 n) tergantung pada jenis organisme (Tabel 2).

Misalnya, dalam sel somatik manusia ada 46 kromosom ( Nasi. 17). Setiap kromosom dalam sel eukariotik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 17, sebuah, mengandung satu molekul DNA untai ganda yang sangat besar. Dua puluh empat kromosom manusia (22 kromosom berpasangan dan dua kromosom seks X dan Y) berbeda panjangnya lebih dari 25 kali. Setiap kromosom eukariotik mengandung satu set gen tertentu.

Beras. 17. kromosom eukariotik.sebuah- sepasang kromatid saudara yang terhubung dan terkondensasi dari kromosom manusia. Dalam bentuk ini, kromosom eukariotik tetap ada setelah replikasi dan dalam metafase selama mitosis. b- satu set lengkap kromosom dari leukosit salah satu penulis buku. Setiap sel somatik manusia normal mengandung 46 kromosom.

Jika Anda menghubungkan molekul DNA genom manusia (22 kromosom dan kromosom X dan Y atau X dan X) satu sama lain, Anda mendapatkan urutan sepanjang sekitar satu meter. Catatan: Pada semua mamalia dan organisme jantan heterogametik lainnya, betina memiliki dua kromosom X (XX) dan jantan memiliki satu kromosom X dan satu kromosom Y (XY).

Sebagian besar sel manusia, jadi total panjang DNA sel tersebut adalah sekitar 2m. Manusia dewasa memiliki sekitar 10 14 sel, jadi panjang total semua molekul DNA adalah 2・10 11 km. Sebagai perbandingan, keliling Bumi adalah 4・10 4 km, dan jarak Bumi ke Matahari adalah 1,5・108 km. Itulah betapa menakjubkannya DNA yang dikemas dalam sel kita!

Dalam sel eukariotik, ada organel lain yang mengandung DNA - ini adalah mitokondria dan kloroplas. Banyak hipotesis telah diajukan mengenai asal usul DNA mitokondria dan kloroplas. Sudut pandang yang diterima secara umum saat ini adalah bahwa mereka adalah dasar dari kromosom bakteri purba yang menembus ke dalam sitoplasma sel inang dan menjadi prekursor organel ini. Kode DNA mitokondria untuk tRNA dan rRNA mitokondria, serta beberapa protein mitokondria. Lebih dari 95% protein mitokondria dikodekan oleh DNA inti.

STRUKTUR GEN

Pertimbangkan struktur gen pada prokariota dan eukariota, persamaan dan perbedaannya. Terlepas dari kenyataan bahwa gen adalah bagian dari pengkodean DNA hanya satu protein atau RNA, selain bagian pengkodean langsung, itu juga mencakup elemen pengatur dan struktural lainnya yang memiliki struktur berbeda pada prokariota dan eukariota.

urutan pengkodean- unit struktural dan fungsional utama gen, di dalamnya triplet pengkodean nukleotidaurutan asam amino. Dimulai dengan kodon start dan diakhiri dengan kodon stop.

Sebelum dan sesudah urutan pengkodean adalah urutan 5' dan 3' yang tidak diterjemahkan. Mereka melakukan fungsi pengaturan dan tambahan, misalnya, memastikan pendaratan ribosom pada mRNA.

Urutan yang tidak diterjemahkan dan dikodekan merupakan unit transkripsi - wilayah DNA yang ditranskripsi, yaitu wilayah DNA tempat mRNA disintesis.

Terminator Daerah DNA yang tidak ditranskripsi pada akhir gen tempat sintesis RNA berhenti.

Pada awal gen adalah bidang peraturan, yang mencakup promotor dan operator.

promotor- urutan pengikatan polimerase selama inisiasi transkripsi. Operator- ini adalah area di mana protein khusus dapat mengikat - represor, yang dapat mengurangi aktivitas sintesis RNA dari gen ini - dengan kata lain, menguranginya ekspresi.

Struktur gen pada prokariota

Rencana umum untuk struktur gen pada prokariota dan eukariota tidak berbeda - keduanya mengandung wilayah pengatur dengan promotor dan operator, unit transkripsi dengan urutan pengkodean dan non-translasi, dan terminator. Namun, organisasi gen pada prokariota dan eukariota berbeda.

Beras. 18. Skema struktur gen pada prokariota (bakteri) -gambar diperbesar

Pada awal dan akhir operon, terdapat daerah regulasi umum untuk beberapa gen struktural. Dari daerah transkripsi operon, satu molekul mRNA dibaca, yang berisi beberapa urutan pengkodean, yang masing-masing memiliki kodon start dan stop sendiri. Dari masing-masing daerah inisatu protein disintesis. Dengan demikian, Beberapa molekul protein disintesis dari satu molekul i-RNA.

Prokariota dicirikan oleh kombinasi beberapa gen menjadi satu unit fungsional - operon. Pekerjaan operon dapat diatur oleh gen lain, yang dapat secara nyata dihilangkan dari operon itu sendiri - regulator. Protein yang diterjemahkan dari gen ini disebut penekan. Ini mengikat operator operon, mengatur ekspresi semua gen yang terkandung di dalamnya sekaligus.

Prokariota juga dicirikan oleh fenomena transkripsi dan translasi konjugasi.

Beras. 19 Fenomena konjugasi transkripsi dan translasi pada prokariota - gambar diperbesar

Pasangan ini tidak terjadi pada eukariota karena adanya amplop nuklir yang memisahkan sitoplasma, di mana translasi terjadi, dari materi genetik, di mana transkripsi terjadi. Pada prokariota, selama sintesis RNA pada cetakan DNA, ribosom dapat segera mengikat molekul RNA yang disintesis. Jadi, terjemahan dimulai bahkan sebelum transkripsi selesai. Selain itu, beberapa ribosom secara bersamaan dapat mengikat satu molekul RNA, mensintesis beberapa molekul satu protein sekaligus.

Struktur gen pada eukariota

Gen dan kromosom eukariota diatur dengan sangat kompleks.

Bakteri dari banyak spesies hanya memiliki satu kromosom, dan dalam hampir semua kasus terdapat satu salinan dari setiap gen pada setiap kromosom. Hanya beberapa gen, seperti gen rRNA, yang terkandung dalam banyak salinan. Gen dan sekuens pengatur membentuk hampir seluruh genom prokariota. Selain itu, hampir setiap gen secara ketat sesuai dengan urutan asam amino (atau urutan RNA) yang dikodekan (Gbr. 14).

struktural dan organisasi fungsional gen eukariotik jauh lebih kompleks. Studi tentang kromosom eukariotik, dan kemudian urutan urutan genom eukariotik lengkap, telah membawa banyak kejutan. Banyak, jika tidak sebagian besar, gen eukariotik memiliki fitur menarik: urutan nukleotidanya mengandung satu atau lebih daerah DNA yang tidak mengkodekan urutan asam amino dari produk polipeptida. Sisipan yang tidak diterjemahkan seperti itu mengganggu korespondensi langsung antara urutan nukleotida gen dan urutan asam amino dari polipeptida yang disandikan. Segmen yang tidak diterjemahkan dalam gen ini disebut intron, atau bawaan urutan, dan segmen pengkodeannya adalah ekson. Pada prokariota, hanya beberapa gen yang mengandung intron.

Jadi, pada eukariota, praktis tidak ada kombinasi gen menjadi operon, dan urutan pengkodean gen eukariotik paling sering dibagi menjadi daerah yang diterjemahkan. - ekson, dan bagian yang tidak diterjemahkan - intron.

Dalam kebanyakan kasus, fungsi intron belum ditetapkan. Secara umum, hanya sekitar 1,5% DNA manusia yang "mengkode", yaitu membawa informasi tentang protein atau RNA. Namun, dengan memperhitungkan intron yang besar, ternyata 30% DNA manusia terdiri dari gen. Karena gen merupakan proporsi yang relatif kecil dari genom manusia, sejumlah besar DNA tetap belum ditemukan.

Beras. 16. Skema struktur gen pada eukariota - gambar diperbesar

Dari setiap gen, yang belum matang, atau pra-RNA, pertama kali disintesis, yang mengandung intron dan ekson.

Setelah ini, proses penyambungan terjadi, akibatnya daerah intron dikeluarkan, dan mRNA matang terbentuk, dari mana protein dapat disintesis.

Beras. 20. Proses penyambungan alternatif - gambar diperbesar

Organisasi gen semacam itu memungkinkan, misalnya, untuk diterapkan ketika dari satu gen dapat disintesis bentuk yang berbeda protein, karena fakta bahwa dalam proses penyambungan, ekson dapat dijahit bersama dalam urutan yang berbeda.

Beras. 21. Perbedaan struktur gen prokariota dan eukariota - gambar diperbesar

MUTASI DAN MUTAGENESIS

mutasi disebut perubahan genotipe yang persisten, yaitu perubahan urutan nukleotida.

Proses yang menyebabkan terjadinya mutasi disebut mutagenesis, dan organisme semua yang sel-selnya membawa mutasi yang sama mutan.

teori mutasi pertama kali dirumuskan oleh Hugh de Vries pada tahun 1903. Versi modernnya mencakup ketentuan berikut:

1. Mutasi terjadi secara tiba-tiba, tiba-tiba.

2. Mutasi diturunkan dari generasi ke generasi.

3. Mutasi dapat menguntungkan, merugikan atau netral, dominan atau resesif.

4. Probabilitas mendeteksi mutasi tergantung pada jumlah individu yang diteliti.

5. Mutasi serupa dapat terjadi berulang kali.

6. Mutasi tidak diarahkan.

Mutasi dapat terjadi di bawah pengaruh berbagai faktor. Membedakan mutasi yang disebabkan oleh mutagenik dampak: fisik (seperti ultraviolet atau radiasi), kimia (seperti colchicine atau) bentuk aktif oksigen) dan biologis (misalnya, virus). Mutasi juga bisa disebabkan kesalahan replikasi.

Tergantung pada kondisi munculnya mutasi dibagi menjadi: spontan- yaitu, mutasi yang muncul di kondisi normal, dan diinduksi- yaitu, mutasi yang muncul dalam kondisi khusus.

Mutasi dapat terjadi tidak hanya pada DNA inti, tetapi juga, misalnya, pada DNA mitokondria atau plastida. Dengan demikian, kita dapat membedakan nuklir dan sitoplasma mutasi.

Akibat terjadinya mutasi, sering muncul alel baru. Jika alel mutan menimpa alel normal, mutasi disebut dominan. Jika alel normal menekan alel yang bermutasi, mutasi tersebut disebut terdesak. Sebagian besar mutasi yang memunculkan alel baru bersifat resesif.

Mutasi dibedakan berdasarkan efek adaptif yang mengarah pada peningkatan kemampuan beradaptasi organisme terhadap lingkungan, netral yang tidak mempengaruhi kelangsungan hidup berbahaya yang mengurangi kemampuan beradaptasi organisme terhadap kondisi lingkungan dan letal menyebabkan kematian organisme tahap awal perkembangan.

Menurut konsekuensinya, mutasi dibedakan, yang mengarah ke hilangnya fungsi protein, mutasi yang menyebabkan munculnya di tupai fitur baru , serta mutasi yang mengubah dosis gen, dan, karenanya, dosis protein yang disintesis darinya.

Mutasi dapat terjadi di setiap sel tubuh. Mutasi yang terjadi pada sel germinal disebut bibit(germinal, atau generatif). Mutasi semacam itu tidak muncul pada organisme tempat mereka muncul, tetapi mengarah pada munculnya mutan pada keturunannya dan diwariskan, sehingga mereka penting untuk genetika dan evolusi. Jika mutasi terjadi di sel lain, itu disebut somatik. Mutasi semacam itu dapat memanifestasikan dirinya sampai batas tertentu dalam organisme tempat ia muncul, misalnya, mengarah pada pembentukan tumor kanker. Namun, mutasi semacam itu tidak diwariskan dan tidak memengaruhi keturunan.

Mutasi dapat mempengaruhi bagian genom dengan ukuran yang berbeda. alokasikan genetik, kromosom dan genomik mutasi.

Mutasi gen

Mutasi yang terjadi pada skala yang lebih kecil dari satu gen disebut genetik, atau bertitik (bertitik). Mutasi semacam itu menyebabkan perubahan dalam satu atau lebih nukleotida dalam urutan. Mutasi gen termasuksubstitusi, menyebabkan penggantian satu nukleotida oleh yang lain,penghapusan menyebabkan hilangnya salah satu nukleotida,sisipan, mengarah ke penambahan nukleotida ekstra ke urutan.

Beras. 23. Mutasi gen (titik)

Menurut mekanisme kerjanya pada protein, mutasi gen dibagi menjadi:sinonim, yang (sebagai akibat dari degenerasi kode genetik) tidak menyebabkan perubahan komposisi asam amino dari produk protein,mutasi missense, yang menyebabkan penggantian satu asam amino dengan yang lain dan dapat mempengaruhi struktur protein yang disintesis, meskipun seringkali tidak signifikan,mutasi omong kosong, yang mengarah pada penggantian kodon pengkodean dengan kodon stop,mutasi yang menyebabkan gangguan penyambungan:

Beras. 24. Skema mutasi

Juga, menurut mekanisme aksi pada protein, mutasi diisolasi, yang mengarah ke pergeseran bingkai bacaan seperti penyisipan dan penghapusan. Mutasi semacam itu, seperti mutasi yang tidak masuk akal, meskipun terjadi pada satu titik dalam gen, sering kali memengaruhi seluruh struktur protein, yang dapat menyebabkan perubahan total pada strukturnya.

Beras. 29. Kromosom sebelum dan sesudah duplikasi

Mutasi genom

Akhirnya, mutasi genom mempengaruhi seluruh genom, yaitu jumlah kromosom berubah. Poliploidi dibedakan - peningkatan ploidi sel, dan aneuploidi, yaitu perubahan jumlah kromosom, misalnya trisomi (adanya homolog tambahan di salah satu kromosom) dan monosomi (tidak adanya homolog dalam kromosom).

Video terkait DNA

REPLIKASI DNA, KODE RNA, SINTESIS PROTEIN

Pertanyaan 1. Bagaimana siklus hidup sel?
Siklus hidup sel- ini adalah periode hidupnya dari saat terjadinya dalam proses pembagian hingga kematian atau akhir dari pembagian berikutnya. Durasi siklus hidup sangat bervariasi dan tergantung pada jenis sel dan kondisi lingkungan: suhu, ketersediaan oksigen dan nutrisi. Siklus hidup amuba adalah 36 jam, sedangkan untuk beberapa bakteri adalah 20 menit. Untuk sel saraf atau, misalnya, sel-sel lensa, durasinya bertahun-tahun dan puluhan tahun.

Pertanyaan 2. Bagaimana duplikasi DNA terjadi dalam siklus mitosis? Apa arti dari proses ini?
Duplikasi DNA terjadi selama interfase. Pertama, dua rantai molekul DNA menyimpang, dan kemudian pada masing-masing rantai, sesuai dengan prinsip saling melengkapi, urutan polinukleotida baru disintesis. Proses ini berada di bawah kendali enzim khusus dengan pengeluaran energi ATP. Molekul DNA baru benar-benar salinan identik dari yang asli (ibu). Tidak ada perubahan dalam gen, yang menjamin stabilitas informasi herediter, mencegah gangguan fungsi sel anak dan seluruh organisme secara keseluruhan. Duplikasi DNA juga memastikan bahwa jumlah kromosom tetap konstan dari generasi ke generasi.

Pertanyaan 3. Apa persiapan sel untuk mitosis?
Persiapan sel untuk mitosis terjadi pada interfase. Selama interfase, proses biosintesis aktif berlangsung, sel tumbuh, membentuk organel, mengumpulkan energi, dan yang terpenting, DNA berlipat ganda (reduplikasi). Sebagai hasil dari reduplikasi, dua molekul DNA identik terbentuk, terhubung pada sentromer. Molekul seperti itu disebut kromatid. Dua kromatid berpasangan membentuk kromosom.

Soal 4. Jelaskan secara berurutan fase-fase mitosis.
Mitosis dan fase-fasenya
Mitosis (kariokinesis) adalah pembelahan sel tidak langsung di mana fase dibedakan: profase, metafase, anafase dan telofase.
1. Profase ditandai dengan:
1) chromonemata membentuk spiral, menebal dan memendek.
2) nukleolus menghilang, mis. Nukleolus chromonema dikemas ke dalam kromosom yang memiliki penyempitan sekunder, yang disebut pengatur nukleolus.
3) dua pusat sel (sentriol) terbentuk di sitoplasma dan serat gelendong terbentuk.
4) pada akhir profase, membran inti pecah dan kromosom berada di sitoplasma.
Himpunan kromosom profase adalah - 2n4s.
2. Metafase ditandai dengan:
1) serat gelendong melekat pada sentromer kromosom dan kromosom mulai bergerak dan berbaris di ekuator sel.
2) metafase disebut "paspor sel", karena Terlihat jelas bahwa kromosom terdiri dari dua kromatid. Kromosom terspiral secara maksimal, kromatid mulai saling tolak menolak, tetapi masih terhubung di daerah sentromer. Pada tahap ini, kariotipe sel dipelajari, karena jumlah dan bentuk kromosom terlihat jelas. Fasenya sangat singkat.
Himpunan kromosom metafase adalah - 2n4s.
3. Anafase ditandai dengan:
1) sentromer kromosom membelah dan kromatid saudara menyimpang ke kutub sel dan menjadi kromatid independen, yang disebut kromosom anak. Pada setiap kutub dalam sel terdapat satu set kromosom diploid.
Set kromosom anafase adalah 4n4s.
4. Telofase ditandai dengan:
Kromosom kromatid tunggal didespiralisasi di kutub sel, nukleolus terbentuk, dan selubung nukleus dipulihkan.
Himpunan kromosom telofase adalah - 2n2s.
Telofase diakhiri dengan sitokinesis. Sitokinesis adalah proses pembelahan sitoplasma antara dua sel anak. Sitokinesis terjadi secara berbeda pada tumbuhan dan hewan.
dalam sel hewan. Sebuah penyempitan annular muncul di ekuator sel, yang memperdalam dan benar-benar mengikat badan sel. Akibatnya, dua sel baru terbentuk, setengah ukuran sel induk. Ada banyak aktin di area penyempitan; mikrofilamen berperan dalam pergerakan.
Sitokinesis berlangsung dengan konstriksi.
PADA sel tanaman. Di ekuator, di tengah sel, sebagai akibat dari akumulasi vesikel diktiosom kompleks Golgi, pelat sel terbentuk, yang tumbuh dari pusat ke pinggiran dan mengarah ke pembelahan sel induk. menjadi dua sel. Di masa depan, septum menebal, karena pengendapan selulosa, membentuk dinding sel.
Sitokinesis berlangsung oleh septum.

Pertanyaan 5. Apa itu? signifikansi biologis mitosis?
Arti kata mitosis:
1. Stabilitas genetik, sebagai kromatid terbentuk sebagai hasil dari replikasi, yaitu. informasi turun-temurun mereka identik dengan ibu.
2. Pertumbuhan organisme, karena sebagai hasil dari mitosis, jumlah sel meningkat.
3. Reproduksi aseksual - banyak spesies tumbuhan dan hewan berkembang biak dengan pembelahan mitosis.
4. Regenerasi dan penggantian sel terjadi karena mitosis.
Arti biologis dari mitosis.
Sebagai hasil dari mitosis, dua sel anak terbentuk dengan set kromosom yang sama dengan sel induk.

Saya bisa. Pertanyaannya sederhana sekali

DNA terdiri dari dua untai yang dihubungkan oleh ikatan yang agak lemah (jembatan hidrogen), dipilin menjadi heliks. Setiap rantai adalah urutan zat kompleks khusus yang disebut nukleotida, yang bagian utamanya adalah basa nitrogen. Ada empat jenis DNA: A (adenin), T (timin), G (guanin), C (sitosin). Nukleotida dalam untaian DNA yang berlawanan tidak diatur secara acak, tetapi menurut prinsip tertentu (saling melengkapi): "A" terhubung ke "T", "G" terhubung ke "C". Faktanya, hanya satu rantai yang membawa informasi genetik apa pun, dan yang kedua diperlukan untuk memperbaiki yang pertama jika terjadi sesuatu (sesuai dengan prinsip saling melengkapi)

Sekarang tentang menggandakan diri. nama ilmiah Proses ini adalah replikasi, akibatnya dua molekul DNA terbentuk, tetapi di setiap DNA baru ada satu untai ibu yang lama (mekanisme semi-konservatif).

Perlu dicatat bahwa pada organisme non-nuklir (prokariota) dan mereka yang memiliki nukleus (eukariota), proses ini berlangsung dengan cara yang sama, tetapi dengan partisipasi berbagai enzim. Untuk jaga-jaga, saya akan mengatakan bahwa enzim adalah molekul protein yang melakukan fungsi biokimia tertentu.

Jadi, pertama-tama Anda perlu melepaskan heliks, untuk ini ada enzim khusus (topoisomerase), ia bergerak di sepanjang rantai DNA, meluruskannya di belakangnya, tetapi pada saat yang sama memutar di depannya lebih kuat ketika tingkat puntiran mencapai tertentu tingkat kritis, topoisomerase memotong salah satu rantai dan, karena pelepasan, mengurangi tegangan, kemudian menghubungkan kembali dan melanjutkan. Dalam kombinasi dengan itu, enzim kedua (helikase) bertindak, yang menghancurkan ikatan hidrogen antara untaian DNA yang diluruskan, setelah itu mereka menyimpang ke arah yang berbeda.

Selanjutnya, proses terjadi dengan perbedaan: ada rantai terkemuka dan rantai tertinggal.
Pada untai utama ke arah pelepasan, nukleotida ditambahkan oleh enzim DNA polimerase 3 sesuai dengan prinsip saling melengkapi - satu molekul DNA sudah siap.

Pada rantai yang tertinggal, semuanya lebih rumit. DNA polimerase memiliki dua fitur yang tidak menyenangkan: pertama, mereka dapat bergerak di sepanjang rantai DNA hanya dalam arah tertentu, dan jika pada untai utama gerakan ini ke arah pelepasan, maka pada yang tertinggal itu harus dalam arah yang berlawanan. ; yang kedua - untuk mulai bekerja, dia harus berpegang teguh pada sesuatu (secara ilmiah, pada benih). Peran benih di sini dimainkan oleh molekul RNA pendek yang disintesis oleh RNA polimerase juga sesuai dengan prinsip saling melengkapi dengan rantai DNA (enzim ini tidak membutuhkan benih), sejumlah besar disintesis dan mereka melekat pada lagging rantai di banyak tempat. Selanjutnya, DNA polimerase 3 mendekati mereka dan mengisi celah di antara mereka. Sepotong RNA + DNA seperti itu disebut fragmen Okazaki. Langkah selanjutnya adalah menghilangkan urutan RNA dari untai DNA yang tertinggal: DNA polimerase 1 berhasil mengatasinya, yang menggantikan satu nukleotida dengan yang lain (untuk DNA dan RNA, mereka berbeda dalam struktur kimia). Setelah itu, bagian yang terputus diikat dengan enzim ligase - molekul DNA kedua siap.

10.03.2015 13.10.2015

DNA memiliki sifat luar biasa yang tidak ditemukan dalam molekul lain yang dikenal saat ini - kemampuan untuk menggandakan diri.
Duplikasi DNA adalah proses yang kompleks dari reproduksi dirinya sendiri. Karena sifat molekul DNA untuk mereplikasi diri, reproduksi dimungkinkan, serta transfer hereditas oleh suatu organisme kepada keturunannya, karena data lengkap tentang struktur dan fungsi dikodekan dalam informasi gen organisme. DNA adalah dasar dari materi herediter dari sebagian besar mikro dan makro organisme. Nama yang tepat untuk proses duplikasi DNA adalah replikasi (reduplikasi).

Bagaimana informasi genetik ditransmisikan?

Ketika sel bereproduksi menggunakan duplikasi diri, mereka menghasilkan salinan persis dari genom mereka sendiri, dan ketika sel membelah, masing-masing mendapat satu salinan. Ini mencegah hilangnya informasi genetik yang terkandung dalam sel orang tua, yang memungkinkan data turun-temurun disimpan dan ditransmisikan ke keturunannya.
Setiap organisme memiliki karakteristik tersendiri dalam transmisi hereditas. Organisme multiseluler mentransmisikan genomnya oleh sel germinal yang terbentuk selama meiosis. Ketika mereka bergabung, ada koneksi genom orang tua di dalam zigot, dari mana perkembangan organisme yang mengandung informasi genetik dari kedua orang tua terjadi.
Perlu dicatat bahwa untuk transmisi informasi keturunan yang akurat, perlu untuk menyalinnya secara keseluruhan, dan juga tanpa kesalahan. Ini dimungkinkan berkat enzim khusus. Fakta yang menarik adalah bahwa molekul unik ini membawa gen yang memungkinkan tubuh memproduksi enzim yang diperlukan untuk mensintesis, yaitu, mereka mengandung semua yang diperlukan untuk replikasi diri.

Hipotesis yang menggandakan diri sendiri

Pertanyaan tentang mekanisme replikasi genom tetap terbuka untuk waktu yang lama. Para peneliti mengusulkan 3 hipotesis yang menawarkan kemungkinan cara utama duplikasi genom - ini adalah teori semi-konservatif, hipotesis konservatif, atau mekanisme tersebar.
Menurut hipotesis konservatif, dalam proses replikasi data herediter, untai induk DNA berfungsi sebagai cetakan untuk untai baru, sehingga hasilnya adalah satu untai akan benar-benar tua, yang kedua - baru. Menurut hipotesis semi-konservatif, gen terbentuk yang mencakup utas induk dan anak. Dengan mekanisme terdispersi, diasumsikan bahwa gen mengandung fragmen baru dan lama.
Eksperimen yang dilakukan pada tahun 1958 oleh ilmuwan Meselson dan Stahl menunjukkan bahwa duplikasi DNA dari materi genetik menyiratkan adanya satu untai yang baru disintesis bersama dengan setiap untai (matriks) lama. Dengan demikian, hasil percobaan ini membuktikan hipotesis semi-konservatif dari penggandaan diri informasi genetik.

Bagaimana penggandaan terjadi?

Proses menyalin genom didasarkan pada sintesis enzimatik informasi herediter dari molekul sesuai dengan prinsip matriks.
Diketahui bahwa DNA heliks dibangun dari dua untai nukleotida menurut teori komplementaritas - sedangkan basa nukleotida sitosin melengkapi guanidin, dan adenin melengkapi timin. Prinsip yang sama berlaku untuk penggandaan diri.
Pertama, inisiasi rantai diamati selama replikasi. DNA polimerase, enzim yang dapat menambahkan nukleotida baru ke arah dari ujung 3' rantai, bekerja di sini. Untai DNA yang telah disintesis sebelumnya, yang ditambahkan nukleotida, disebut benih. Sintesisnya dilakukan oleh enzim DNA primase, yang terdiri dari ribonukleotida. Dengan benih itulah penggandaan data gen dimulai. Ketika proses sintesis telah dimulai, primer dapat dihilangkan, dan polimerase memasukkan nukleotida baru sebagai gantinya.

Langkah selanjutnya adalah pelepasan molekul DNA heliks, yang disertai dengan pemutusan ikatan hidrogen yang mengikat untaian oleh helikase DNA. Helikase bergerak sepanjang rantai tunggal. Ketika wilayah heliks ganda bertemu, ikatan hidrogen antara nukleotida putus lagi, yang memungkinkan garpu replikasi untuk melanjutkan. Selain itu, para ilmuwan telah menemukan protein khusus - DNA topoisomerase yang dapat memutuskan rangkaian gen, memungkinkan mereka untuk terpisah, dan, jika perlu, menghubungkan pemutusan benang yang mereka buat sebelumnya.
Kemudian utasnya menyimpang, garpu replikasi terbentuk - wilayah penggandaan diri yang mampu bergerak di sepanjang rantai asli, yang terlihat seperti bifurkasinya. Di sinilah polimerase menyalin rantai gen. Daerah yang direplikasi terlihat seperti mata yang terletak di dalam molekul. Mereka terbentuk di mana titik-titik khusus asal replikasi berada. Mata tersebut mungkin termasuk satu atau dua garpu replikasi.
Langkah selanjutnya adalah penyelesaian nukleotida polimerase ke untai kedua induk (anak perempuan) asli sesuai dengan prinsip saling melengkapi.
Semua utas anti-paralel satu sama lain. Pertumbuhan untaian yang baru disintesis diamati dalam arah dari ujung 5' ke 3' (yaitu, ujung 3' memanjang), dan pembacaan untai cetakan awal oleh DNA polimerase diamati menuju ujung 5' untai.
Seiring dengan fakta bahwa duplikasi gen hanya mungkin dari ujung 3', sintesis dapat dilanjutkan secara simultan hanya pada salah satu rantai garpu replikasi. Sintesis materi genetik terjadi pada utas induk. Pada rantai antiparalel, sintesis terjadi dalam fragmen pendek (yang panjangnya tidak lebih dari 200 nukleotida) (Okazaki). Rantai yang baru disintesis, diperoleh dengan cara yang berkelanjutan, adalah yang terdepan, dan yang dirakit oleh fragmen Okazaki adalah yang tertinggal. Sintesis fragmen Okazaki dimulai dengan primer RNA khusus, yang dihilangkan setelah digunakan setelah beberapa saat, dan kursi kosong diisi dengan nukleotida polimerase. Ini berkontribusi pada pembentukan satu utas kontinu utuh dari fragmen.
Penyalinan semacam itu diamati menggunakan informasi dari protein enzim primase khusus dengan partisipasi helikase, yang membentuk primosom kompleks, yang bergerak menuju pembukaan garpu replikasi dan primer RNA yang diperlukan untuk sintesis fragmen Okazaki. Secara total, hampir dua puluh protein berbeda terlibat dan secara bersamaan bekerja di sini selama penggandaan diri.
Hasil dari proses fermentasi sintesis adalah terbentuknya rantai gen baru yang saling melengkapi pada setiap rantai yang terpisah.
Dari sini dapat disimpulkan bahwa selama duplikasi diri materi genetik, penciptaan dua molekul anak heliks ganda baru diamati, yang mencakup informasi dari satu untai yang baru disintesis dan untai kedua dari molekul asli.

Keunikan penggandaan materi gen pada organisme yang berbeda

Pada bakteri, dalam proses duplikasi diri dari materi gen, seluruh genom disintesis.
Virus dan fag, yang termasuk dalam komposisinya bahan herediter dari molekul beruntai tunggal, proses duplikasi diri sangat berbeda. Pada saat mereka memasuki sel organisme inang, molekul beruntai ganda terbentuk dari molekul beruntai tunggal, yang diselesaikan sesuai dengan prinsip saling melengkapi.
Pada molekul yang baru terbentuk (yang disebut bentuk replikatif khusus), sintesis rantai baru, yang sudah beruntai tunggal, diamati, yang merupakan bagian dari sel virus baru.
Demikian pula, proses penggandaan diri terjadi pada sel virus atau fag yang mengandung RNA.
Eukariota - organisme yang lebih tinggi memiliki proses replikasi gen yang terjadi selama interfase sebelum pembelahan sel. Kemudian ada pemisahan lebih lanjut dari elemen genetik yang disalin - kromosom, serta pembagian seragam mereka antara keturunan mereka sendiri dalam gen, untuk dipertahankan tidak berubah dan ditransmisikan ke keturunan dan generasi baru.

Akurasi salinan molekul gen

Perlu dicatat bahwa sekali lagi rantai bahan gen yang disintesis tidak berbeda dari matriks. Oleh karena itu, selama proses
pembelahan sel, setiap anak perempuan akan dapat menerima salinan persis dari informasi genetik ibu, yang berkontribusi pada pelestarian keturunan dari generasi ke generasi.
Semua sel dalam kompleks organisme multiseluler berasal dari sel embrio tunggal melalui beberapa divisi. Itulah sebabnya mereka semua dari satu organisme memiliki komposisi gen yang sama. Artinya, jika terjadi kesalahan dalam sintesis molekul, maka akan mempengaruhi semua generasi berikutnya.
Contoh serupa dikenal luas dalam kedokteran. Lagi pula, itulah sebabnya mengapa sepenuhnya semua sel darah merah orang yang menderita anemia sel sabit mengandung hemoglobin "rusak" yang sama. Karena itu, anak-anak menerima komposisi gen yang menyimpang dari orang tua mereka melalui transmisi melalui sel germinal mereka.
Namun, hari ini praktis masih tidak mungkin untuk menentukan dengan urutan gen apakah duplikasi genom berlangsung dengan benar dan tanpa kesalahan. Dalam praktiknya, kualitas informasi herediter yang diterima melalui pewarisan hanya dapat dikenali selama perkembangan seluruh organisme.

Laju replikasi informasi genetik

Para ilmuwan telah menunjukkan bahwa informasi genetik Duplikasi DNA terjadi pada tingkat yang tinggi. Pada sel bakteri kecepatan penggandaan molekul adalah 30 m per menit. Selama periode waktu yang singkat ini, hampir 500 nukleotida dapat menempel pada utas matriks, pada virus - sekitar 900 nukleotida. Pada eukariota, proses duplikasi genom berlangsung lebih lambat - hanya 1,5 - 2,5 mikron per menit. Namun, mengingat bahwa setiap kromosom memiliki beberapa titik asal replikasinya, dan masing-masing menghasilkan 2 garpu sintesis gen, maka replikasi gen lengkap membutuhkan waktu tidak lebih dari satu jam.

Penggunaan praktis

Apa signifikansi praktis dari proses replikasi? Jawaban atas pertanyaan ini sederhana - tanpanya, hidup tidak mungkin.
Setelah mengungkap mekanisme replikasi, para ilmuwan membuat banyak penemuan, yang paling signifikan dicatat Penghargaan Nobel– penemuan metode reaksi berantai polimerase (PCR). Ditemukan pada tahun 1983 oleh Kary Mullis dari Amerika, yang tugas dan tujuannya adalah menciptakan teknik yang memungkinkan replikasi berulang dan berurutan dari fragmen genom yang diperlukan dalam penelitian menggunakan enzim khusus, DNA polimerase.
PCR memungkinkan replikasi materi gen di laboratorium dan diperlukan untuk sintesis jumlah yang besar salinan DNA dari sejumlah kecil dari mereka dalam sampel biologis. Peningkatan jumlah sampel genetik di laboratorium memungkinkan untuk mempelajarinya, yang sangat diperlukan dalam mempelajari penyebab, metode diagnostik, dan metode pengobatan penyakit kompleks (termasuk penyakit keturunan dan penyakit menular).
Juga, PCR telah menemukan aplikasi dalam membangun paternitas, dalam kloning gen, dan dalam penciptaan organisme baru.